18/6/2011 ULTRASSONOGRAFIA. Introdução. Introdução. Introdução. Introdução. Ultrassonografia. Arquitetura Muscular

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1 ULTRASSONOGRAFIA CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM BIOMECÂNICA EEFD - UFRJ INTRODUÇÃO DANIEL DE SOUZA ALVES alvesdaniel@gmail.com Métodos de avaliação do complexo músculo tendão Arquitetura Muscular Comprimento e curvatura do fascículo Ângulo de penação Espessura muscular Deslocamento do tendão Diagnóstico e tratamento de lesões Tipos de treinamento Envelhecimento Mecânica dos Tendões Complacência Histerese Tensão-deformação Geometria articular Braço de força 3 Força muscular Torque articular 4 Técnicas de Imagem Ultrassonografia Imagem em tempo-real Bom contraste entre tecidos Não exposição à radiação ionizante Não invasivo Tomografia Computadorizada (TC) Ressonância Magnética (RM) Ultrassonografia (US) Portabilidade in vitro e ex vivo X in vivo Maior fidedignidade, situações reais 6 Fácil manuseio Baixo custo relativo 7 1

2 Arquitetura Muscular Mecânica dos Tendões Geometria articular Comprimento e curvatura do fascículo Ângulo de penação Espessura muscular Deslocamento do tendão Complacência Histerese Tensão-deformação Braço de força Ondas de som ou ultrassom: Consistem em uma perturbação mecânica de um meio (gasoso, líquido ou sólido) Velocidade constante (compressibilidade e densidade) Molécula Molécula Taxa de vibração das moléculas = frequência(hertz ou ciclos/segundo) Ultrassom: Frequências de vibração das moléculas acima de 20 khz(som não audível) Ultrassomclínico:1a20*MHz pulso curto(zona morta*) e feixe estreito (resolução*) focalização Força muscular Torque articular 8 Onda ultra-sônica: acima de 20 khz geração do pulso PULSO-ECO TEMPO E AMPLITUDE impedância* transmissão do pulso reflexão do pulso (eco) captação do eco 1540m/s 6,5µs/cm PULSO-ECO TEMPO E AMPLITUDE TIPOS DE APARELHOS 2

3 A-scan(modo-A) Mais simples profundidade e espessura A-scan (modo-a) Mais simples B-Scan (modo-b) Imagens bidimensionais B-Scan (modo-b) Tempo Real Brilho (escala de cinza) Posição (2 dimensões) M-Scan (modo-m) Movimento profundidade x tempo 3

4 Doppler (efeito Doppler) Duplex Tempo real + Doppler (colourflow) 3-D Terapêutico Ultrassom Terapêutico Energia absorvida calor Coagulação de proteínas queima focal de volumes Falta de parâmetros NATUREZA DO ULTRASSOM* 4

5 Natureza do Ultrassom f = 1/T(período) = ciclos/s = Hz* Velocidade de Propagação MEIO VELOCIDADE (m/s) AR 330 GORDURA 1440 c = λ/t = λf (m/s)* c = K /ρ K = rigidez (força de atração das partículas) = stress/strain ρ = densidade (kg/m 3 ) ÁGUA (20º) 1480 MÚSCULO SANGUE 1570 OSSO * PRATA 3650 ALUMÍNIO m/s Velocidade de Propagação Impedância Acústica Z = ρc (rayls ou kg.m -2.s -1 ) c velocidade das partículas Energia, Potência e Intensidade Slide anterior Energia = joules Potência = joules/sec = watts (aquecimento) Intensidade = Potência/área (focalização) Potência média = energia do pulso x FRP Percentual de potência transmitida através de duas áreas similares em diferentes posições de um feixe focalizado 5

6 18/6/2011 Ondas Pulsáteis x Contínuas* Ondas Pulsáteis Espectro de Frequência* duty cycle: 1-3 duração: 1-20 µs duty cycle: 1-1 até 1-4 duração: 2 ms Ondas Pulsáteis Largura da Banda x Pulso* Ondas Pulsáteis Freqüência Fundamental (cruzamentos de zero) Fenômenos de Propagação Propagação no meio T PROPAGAÇÃO NO MEIO L compressão x rarefação * 6

7 Propagação no Meio Transmissão e Reflexão Alterações pelo(s) meio(s) que atravessa Transmissão; Reflexão; Refração; Espalhamento; Absorção. Transmissão e Reflexão Transmissão e Reflexão Propagação do ultra-som através de uma interface entre 2 meios gera uma onda refletida e uma onda transmitida (Lei de Snell). Diferença de impedância acústica (Z = ρ.c) gera os coeficientes de reflexão e transmissão. Reflexão e Transmissão Intensidade*: em que R = coeficiente de intensidade de reflexão T = (1 R) = Coeficiente de intensidade de transmissão Amplitudes: Refração Refração Velocidade de Propagação Velocidade de Propagação Meio 1: k 1, ρ 1 c 1 Meio 1: k 2, ρ 2 c 2 Se: C 1 C 2 θ 90º * 7

8 Espalhamento Espalhamento Superfícieáspera; Partículas com tamanhos próximos ou menores do que o comprimento de onda; Frequência. Espalhamento Absorção altas frequências x baixas frequências Atenuação Redução na intensidade durante a passagem pelo meio. Reflexão Refração(?) Espalhamento Absorção Divergência do feixe Dependência da frequência Atenuação Escolha da frequência: Resolução X Penetração Mudança no espectro de frequência de um pulso ultra-sônico devido a atenuação dependente da frequência 8

9 Transdutor Conversão de energia elétrica em mecânica e mecânica em elétrica TRANSDUTORES Transmissor e/ou receptor Imersão ou contato Escolha do transdutor Efeito piezoelétrico Frequência de ressonância Diâmetro Distânciafocal Penetração Resolução Ex.: quartzo, sulfato de lítio, PZT (titanato zirconato de chumbo) Ressonância Construção do transdutor para imagens modo pulsado Camadas de acoplamento e de retaguarda Além da camada de retaguarda, camada de acoplamento, isolamento acústico e elétrico do compartimento envoltório, também é necessário isolamento acústico entre os elementos. 9

10 Construção do transdutor para imagens modo pulsado Camadas de acoplamento e de retaguarda Camada de acoplamento Zm = (Zx. Zt) ½ Z e α Fase Fenômenos de Propagação Interferência de Ondas Uma senóide é a projeção no eixo y de uma linha de comprimento constante r em função do ângulo (ângulo de fase) entrealinhaeoeixox. Fenômenos de Propagação Interferência de Ondas Transdutor Modelo EUP-L33, Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japão. 10

11 18/6/2011 Real-time Scanners Transdutor Real-time Scanners Objetivo: Varredura Mecânica Transdutor embebido em óleo, com uma membrana de borracha ou plástico Monitorar estruturas móveis (coração, feto, músculo esquelético, outros órgãos etc.); Prover respostas rápidas a mudanças no plano de varredura. Varredura automática, com taxa de repetição (freqüência) suficiente para que a imagem não fique tremida. Varredura mecânica ou elétrica. Retangular Setorial Setorial Setorial * 11

12 18/6/2011 Padrões de varredura Varredura na água Distorção da imagem de tecidos superficiais, devido ao contato do transdutor; Zona morta. Linear Array Frentes de Onda Grupo de elementos Matriz Linear de 512 elementos Feixe US Linear Array Linear Array Largura do feixe 12

13 Linear Array Linear Array Foco na transmissão Atraso do pulso do elemento central em relação aos periféricos frente de onda côncava, convergindo ao foco Alteração no atraso alteração no foco Foco na transmissão Atraso do pulso do elemento central em relação aos periféricos frente de onda côncava, convergindo ao foco Alteração no atraso alteração no foco Linear Array Linear Array Zona múltipla de focalização Focalização dinâmica Fig. 7.7 (p. 88) Taxa de quadros reduzida por um fator de 1/N z Sem alteração na PRF Phased Array Phased Array 13

14 18/6/2011 Controles de ganho Alteração da amplitude dos sinais exibidos PROCESSAMENTO DO SINAL Compensação do ganho pelo tempo Visualização em função da profundidade Alteração da amplitude do sinal transmitido Alteração do ganho do receptor Desvantagem: aumenta a exposição do paciente ao ultrasom. Desvantagem: amplificação do ruído* Processamento do sinal Amplificação logarítmica: Usada para aumentar a amplitude dos sinais de menor nível e reduzir a dos ecos de alto nível Permite a visualização simultânea dos ecos das fronteiras dos órgãos (refletores fortes) e das suas estruturas internas (refletores fracos) Diferenciação Saída proporcional à taxa de variação do sinal de entrada Realce da Margem, sem distorção das estruturas internas (fig 5.18, p. 63) Processamento do sinal Processamento do sinal 14

15 Processamento do sinal Penetração Profundidade de penetração: é possível distinguir ecos através do ruido de fundo Tresholding Clipping Amplitude dos ecos diminui com a profundidade + Aumento do ganho do receptor aumenta o ruído exibido = Ponto máximo no qual o sinal é distingüido do ruído Resolução axial Resolução axial 15